JPH03203454A - Linear image sensor - Google Patents
Linear image sensorInfo
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- JPH03203454A JPH03203454A JP34073489A JP34073489A JPH03203454A JP H03203454 A JPH03203454 A JP H03203454A JP 34073489 A JP34073489 A JP 34073489A JP 34073489 A JP34073489 A JP 34073489A JP H03203454 A JPH03203454 A JP H03203454A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
情報処理機器の進展に伴って、その入力装置としてイメ
ージセンサの重要性が高まっている。本発明は原稿情報
を高感度、高速、高S/Nで読みとることを可能にした
イメージセンサに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION With the advancement of information processing equipment in industrial applications, the importance of image sensors as input devices has increased. The present invention relates to an image sensor that makes it possible to read document information with high sensitivity, high speed, and high S/N.
従来の技術
集積回路技術を用いてSi結晶上に形成したイメージセ
ンサとしては、CCDイメージセンサ。Conventional technology An example of an image sensor formed on a Si crystal using integrated circuit technology is a CCD image sensor.
MOSイメージセンサ、バイポーラICイメージセンサ
等がある。There are MOS image sensors, bipolar IC image sensors, etc.
CCDイメージセンサは光検知素子にフォトダイオード
、走査回路にCCD (電荷結合素子)を用いた構成で
、フォトダイオードで発生した光信号電荷を一定時間蓄
積した後、これをCCDに移して順次転送し、その信号
電荷をSiチップ上に内蔵したアンプで増幅と共に電圧
に変換することにより画像信号を得ている。A CCD image sensor uses a photodiode as a light detection element and a CCD (charge-coupled device) as a scanning circuit. After accumulating the optical signal charge generated by the photodiode for a certain period of time, it is transferred to the CCD and transferred sequentially. An image signal is obtained by amplifying and converting the signal charge into a voltage using an amplifier built into the Si chip.
MOSイメージセンサは光検知素子にフォトダイオード
、走査回路にMOSシフトレジスタを用いた構成で、フ
ォトダイオードでの光電流による放電電荷をシフトレジ
スタからのシフト信号に従って順次、再充電することに
よって画像信号を得ている。この方式では、フォトダイ
オードにおける放電電荷は微小であるため、得られる画
像信号は小さくS/Nが低い。昨今、フォトダイオード
の放電電荷を直接取り出すのではなく、入射光によるフ
ォトダイオードの端子電圧の変化を、各フォトダイオー
ドに付けたFET(電界効果トランジスタ〉で増幅した
後、画像信号を得る方式のイメージセンサ、つまり増幅
型MOSイメージセンサが開発中である。A MOS image sensor uses a photodiode as a light detection element and a MOS shift register as a scanning circuit, and generates an image signal by sequentially recharging the discharged charge caused by the photocurrent in the photodiode according to a shift signal from the shift register. It has gained. In this method, since the discharge charge in the photodiode is minute, the obtained image signal is small and the S/N is low. Nowadays, rather than extracting the photodiode's discharged charge directly, an image signal is obtained by amplifying the change in the photodiode's terminal voltage due to incident light using an FET (field effect transistor) attached to each photodiode. A sensor, namely an amplified MOS image sensor, is currently under development.
バイポーラICイメージセンサは光検知素子にフォトト
ランジスタ、走査回路にバイポーラICによるシフトレ
ジスタまたはデコーダを用いた構成で、フォトトランジ
スタのベース−コレクタ間の寄生容量に蓄えられた電荷
の光電流による放電電荷を走査回路からのアクセスに従
って順次、再充電することによって、フォトトランジス
タの増幅機能を経て画像信号を得るものである。A bipolar IC image sensor uses a phototransistor as a light detection element and a bipolar IC shift register or decoder as a scanning circuit.The bipolar IC image sensor uses a photocurrent to discharge charges stored in the parasitic capacitance between the base and collector of the phototransistor. By sequentially recharging the battery according to the access from the scanning circuit, an image signal is obtained through the amplification function of the phototransistor.
発明が解決しようとする課題
増幅型MOSイメージセンサにおいて、各フォトダイオ
ードの一端に増幅用FETが付けられていて、FETの
スレッショールド電圧VT、相互コンダクタンスgmの
不均一性によって固定パターンノイズが増大する。固定
パターンノイズの増大は原稿の読み取り品質を低下させ
る。Problems to be Solved by the Invention In an amplified MOS image sensor, an amplifying FET is attached to one end of each photodiode, and fixed pattern noise increases due to non-uniformity of the FET's threshold voltage VT and mutual conductance gm. do. An increase in fixed pattern noise degrades document reading quality.
課題を解決するための手段
各画素をフォトダイオード、増幅用FET、アクセス用
FET、リセット用FETに加えて暗信号アクセス用F
ETを設けた構成にする。フォトダイオードの一端を増
幅用FETのゲートおよびリセットFETのドレインに
接続する。信号アクセス用FETはアクセス時に導通し
、増幅用FETからの光信号を光信号出力ラインへ導く
。暗信号アクセスFETはリセット時に導通し、増幅用
FETからの暗信号を暗信号出力ラインへ導く。Means to solve the problem Each pixel is equipped with a photodiode, an amplification FET, an access FET, a reset FET, and a dark signal access FET.
Create a configuration with ET. One end of the photodiode is connected to the gate of the amplification FET and the drain of the reset FET. The signal access FET becomes conductive during access and guides the optical signal from the amplification FET to the optical signal output line. The dark signal access FET becomes conductive upon reset and guides the dark signal from the amplification FET to the dark signal output line.
なお、リセット用FETはフォトダイオードの初期充電
電圧を設定する。Note that the reset FET sets the initial charging voltage of the photodiode.
作用
各画素の光信号はシフト信号にしたがって、順次、光信
号出力ラインに現れ、各画素の暗信号は1クロック周期
遅れてシフト信号にしたがって、順次、暗信号出力ライ
ンに現われる。光信号出力ラインの信号を1クロック周
期遅らせた信号から暗信号出力ラインの信号を差し引く
ことにより、増幅用FETのVT、gmの不均一性によ
る固定パターンノイズを低減することができる。The optical signal of each working pixel appears in sequence on the optical signal output line in accordance with the shift signal, and the dark signal of each pixel appears in sequence in the dark signal output line in accordance with the shift signal with a delay of one clock period. By subtracting the signal on the dark signal output line from the signal obtained by delaying the signal on the optical signal output line by one clock cycle, fixed pattern noise due to non-uniformity of VT and gm of the amplification FET can be reduced.
実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。Example Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は本発明の第1の実施例におけるイメージセンサ
の等価回路図である。図において、フォトダイオードl
a、2a、4aのカソードは、共通端子として正電源に
接続し、フォトダイオードla、2a、4aの各アノー
ドはそれぞれ増幅用FET1b、2b、4bのゲートお
よびリセット用FET1e、2e、4eのドレインに接
続している。増幅用FET1b、2b、4bのソースは
それぞれ、光信号アクセス用FET1c、2c。FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of an image sensor according to a first embodiment of the present invention. In the figure, photodiode l
The cathodes of a, 2a, and 4a are connected to the positive power supply as a common terminal, and the anodes of photodiodes la, 2a, and 4a are connected to the gates of amplification FETs 1b, 2b, and 4b, and the drains of reset FETs 1e, 2e, and 4e, respectively. Connected. The sources of the amplification FETs 1b, 2b, and 4b are the optical signal access FETs 1c and 2c, respectively.
4cのドレインおよび暗信号アクセス用FET1d、2
d、4dのドレインに接続している。6はシフトレジス
タで、MOS−ICによって形成され、外部からのスタ
ート信号、クロック信号によって駆動される。nドツト
のイメージセンサはn+1段のシフトレジスタを使い、
If、2f。4c drain and dark signal access FETs 1d, 2
Connected to the drains of d and 4d. A shift register 6 is formed of a MOS-IC and is driven by an external start signal and clock signal. The n-dot image sensor uses an n+1 stage shift register,
If, 2f.
3f、4f、5fはシフトレジスタの並列出力端子であ
り、アクセスおよびリセット用FETのゲート電極に順
次接続する。そこで、暗信号アクセス用FETは光信号
アクセス用FETに比べて、lクロック周期遅れて動作
するように接続している。光信号アクセス用FET1c
、2c、4cのソースを共通に接続して光信号出力ライ
ン7とし、暗信号アクセス用F E T 1 d 、
2 d 、 4 dのソースを共通に接続して暗信号出
力ライン8とする。なお、リセット用FET1e、2e
、4eのソースを共通に接続してリセット電圧VH8の
入力端子とする。3f, 4f, and 5f are parallel output terminals of the shift register, which are sequentially connected to gate electrodes of access and reset FETs. Therefore, the dark signal access FET is connected so as to operate one clock cycle later than the optical signal access FET. FET1c for optical signal access
, 2c, and 4c are commonly connected to form an optical signal output line 7, and a dark signal access FET1d,
The sources of 2d and 4d are commonly connected to form a dark signal output line 8. In addition, reset FET1e, 2e
, 4e are commonly connected to serve as an input terminal for the reset voltage VH8.
次に、本イメージセンサの動作を説明する。第2図は本
イメージセンサの動作タイミングチャートであり、クロ
ック信号CK 、スタート信号STと共に、シフトレジ
スタの並列出力信号Y1.Y2゜Y 3 、 Y n
、 Y n + lおよび光出力信弓、暗出力信号を示
している。Next, the operation of this image sensor will be explained. FIG. 2 is an operation timing chart of this image sensor, in which the clock signal CK, start signal ST, and parallel output signals Y1, . Y2゜Y3, Yn
, Y n + l and the light output signal and dark output signal are shown.
本セン′す゛はリセット時において、フォトダイオード
を一定電圧(Vdd−Vrs)Iこ充電することによっ
て一定の電荷を蓄えた後、光電流による充電電荷の放電
によるフォトダイオードの端子重圧の変化を増幅用F
E Tのゲートに受けて増幅光出力信号4−得るもので
ある。特にF E Tの特性の不均一性によって信号電
流が不均一1こなり、固定パターンノイズをひき起こす
。暗特においては光電流による放電がないため、次の読
み取りタイミングまでフォトダイオードの端子電圧はリ
セット電圧に保持される。つまり、暗時の固定パターン
ノイズ信号はリセットFETが導通したタイミングで得
られる出力信号に等しい。第2図において、フォトダイ
オード1aの光出力信号は走査信号Y1により信号出力
ラインへ導かれ、その暗出力信号は走査信号Y2により
暗信号出力ラインへ導かれる。同様に、フォトダイオー
ド2aの光出力信号は走査信号Y2により光信号出力ラ
インへ導かれ、その暗出力信号は走査信号Y3により暗
信号出力ラインへ導かれる。各画素の暗出力信号は光出
力信号に対して1クロック周期遅れて出力されるので、
光出力信号を1クロック周期遅延の後、同一時間軸で出
力信号から暗出力信号を差し引けば増幅用FETの不均
一性による暗時の固定パターンノイズを除去することが
できる。At the time of reset, this sensor stores a certain amount of charge by charging the photodiode with a certain voltage (Vdd-Vrs), and then amplifies the change in the terminal pressure of the photodiode due to the discharge of the charged charge by the photocurrent. For F
The amplified optical output signal 4- is received by the gate of the ET. In particular, non-uniformity in the characteristics of the FET causes non-uniformity in signal current, causing fixed pattern noise. Since there is no discharge due to photocurrent in the dark, the terminal voltage of the photodiode is held at the reset voltage until the next reading timing. In other words, the fixed pattern noise signal in the dark is equal to the output signal obtained at the timing when the reset FET becomes conductive. In FIG. 2, the optical output signal of the photodiode 1a is guided to the signal output line by the scanning signal Y1, and its dark output signal is guided to the dark signal output line by the scanning signal Y2. Similarly, the optical output signal of the photodiode 2a is guided to the optical signal output line by the scanning signal Y2, and its dark output signal is guided to the dark signal output line by the scanning signal Y3. Since the dark output signal of each pixel is output one clock cycle later than the optical output signal,
By delaying the optical output signal by one clock period and then subtracting the dark output signal from the output signal on the same time axis, it is possible to remove the fixed pattern noise during the dark period due to the non-uniformity of the amplification FET.
第3図は本発明における第2の実施例によるイ、メージ
センサの等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of an image sensor according to a second embodiment of the present invention.
本実施例のセンサはフォトダイオードの極性の違いによ
り、光量に比例して出力信号が減少する負特性を示すが
、第1の実施例と同様に、光出力信号から暗出力信号を
差し引くことにより、暗時の固定パターンノイズを除去
することができる。The sensor of this embodiment exhibits a negative characteristic in which the output signal decreases in proportion to the amount of light due to the difference in the polarity of the photodiode. However, as in the first embodiment, by subtracting the dark output signal from the light output signal, , it is possible to remove fixed pattern noise in the dark.
第4図は光出力信号を1クロック周期遅らせて、暗出力
信号と差動増幅する回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram in which the optical output signal is delayed by one clock cycle and differentially amplified with the dark output signal.
1/’Vは電流電圧変換器、φ1.φ2は2相のクロッ
クパルス、C1,C2はホールド用コンデンサ、VOは
画像出力信号である。なお、C1〉〉C2である。コン
デンサおよびアナログスイッチは画像出力信号をlクロ
ック遅延させる働きをし、差動増幅器は遅延した画像信
号と暗出力信号を差動増幅することにより固定パターン
ノイズを低減する。1/'V is a current-voltage converter, φ1. φ2 is a two-phase clock pulse, C1 and C2 are hold capacitors, and VO is an image output signal. Note that C1>>C2. The capacitor and analog switch function to delay the image output signal by one clock, and the differential amplifier reduces fixed pattern noise by differentially amplifying the delayed image signal and the dark output signal.
発明の効果
本発明1こよれば、増幅型MOSイメージセンサの固定
パターンノイズを削減することが可能になり、原稿を高
品質で読みとることができる。従って、本イメージセン
サは情報処理機器の入力装置として極めて有用であり、
その産業上の効果は大きい。Effects of the Invention According to the present invention, fixed pattern noise of an amplified MOS image sensor can be reduced, and a document can be read with high quality. Therefore, this image sensor is extremely useful as an input device for information processing equipment.
Its industrial effects are significant.
第1図は本発明の第1の実施例におけるイメージセンサ
の等価回路図、第2図は動作タイミングチャート、第3
図は本発明の第2の実施例におけるイメージセンサの等
価回路図、第4図は本発明の実施例におけるイメージセ
ンサに接続する遅延回路と差動アンプの一実施例のブロ
ック図である。
la、2a、4a・・・・・・フォトダイオード、lb
。
2b、4b・・・・・・増幅用FET、lc、2c、4
c・・・・・・光信号アクセス用FET、ld、2d、
4d・・・・・・暗信号アクセス用FET、7・・・・
・・光信号電流出力端子、8・・・・・・暗信号電流出
力端子。FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of an image sensor according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an operation timing chart, and FIG.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of an image sensor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram of an embodiment of a delay circuit and a differential amplifier connected to the image sensor according to the embodiment of the present invention. la, 2a, 4a...photodiode, lb
. 2b, 4b...Amplification FET, lc, 2c, 4
c...FET for optical signal access, ld, 2d,
4d...FET for dark signal access, 7...
...Light signal current output terminal, 8...Dark signal current output terminal.
Claims (3)
ンジスタ(FET)、アクセス用FET等からなる増幅
用MOSイメージセンサにおいて、フォトダイオードの
リセット時の増幅用FETのソース電流を出力するため
の暗信号アクセス用FETを具備したことを特徴とする
リニアイメージセンサ。(1) In an amplification MOS image sensor in which each pixel consists of a photodiode, an amplification field effect transistor (FET), an access FET, etc., a dark signal is used to output the source current of the amplification FET when the photodiode is reset. A linear image sensor characterized by being equipped with an access FET.
され、そのドレインを各増幅用FETのソースに接続し
、画素間でそのソースを共通に接続して光信号出力ライ
ンとし、各暗信号アクセス用FETはリセット信号によ
って駆動され、そのドレインを各増幅用FETのソース
に接続し、画素間でそのソースを共通に接続して暗信号
出力ラインとしたことを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載のリニアイメージセンサ。(2) Each access FET is driven by an access signal, its drain is connected to the source of each amplification FET, the source is commonly connected between pixels to form an optical signal output line, and each dark signal access FET is connected to the source of each amplification FET. is driven by a reset signal, its drain is connected to the source of each amplification FET, and its sources are commonly connected between pixels to form a dark signal output line.
Linear image sensor described in section.
た信号と暗信号出力ラインの信号を差動増幅することに
よって固定パターンノイズを低減することを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載のリニアイメージセンサ。(3) The fixed pattern noise is reduced by differentially amplifying the signal obtained by delaying the signal of the optical signal output line by one clock period and the signal of the dark signal output line. Linear image sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34073489A JPH03203454A (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Linear image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34073489A JPH03203454A (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Linear image sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03203454A true JPH03203454A (en) | 1991-09-05 |
Family
ID=18339801
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34073489A Pending JPH03203454A (en) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | Linear image sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03203454A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6069969A (en) * | 1983-09-26 | 1985-04-20 | Toshiba Corp | Image sensor |
-
1989
- 1989-12-29 JP JP34073489A patent/JPH03203454A/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6069969A (en) * | 1983-09-26 | 1985-04-20 | Toshiba Corp | Image sensor |
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